5 دقیقه
آغاز عصر جدیدی در رایانش کوانتومی: دستیابی به تصادفی بودن معتبر
گروهی از برجسته‌ترین دانشمندان از موسسات JPMorgan Chase، Quantinuum، آزمایشگاه ملی آرگون، آزمایشگاه ملی اوک ریج و دانشگاه تگزاس در آستین موفق شدند نقطه عطفی تاریخی را در حوزه رایانش کوانتومی به ثبت برسانند. آن‌ها در مقاله‌ای که در ژورنال معتبر Nature منتشر شده است، اعلام کردند که با استفاده از یک رایانه کوانتومی پیشرفته ۵۶-کیوبیتی توانستند اعداد کاملاً تصادفی تولید و اعتبار آن‌ها را اثبات کنند. این دستاورد چشمگیر، افق‌های جدیدی را در رمزنگاری، حفظ حریم خصوصی دیجیتال و کاربردهای امنیت دادهها در سراسر جهان گشوده است.
بررسی موفقیت: تصادفی بودن معتبر چیست؟
تصادفی بودن، نقشی کلیدی در فناوری ایفا می‌کند—از ایمن‌سازی ارتباطات و حفاظت از حریم خصوصی گرفته تا تضمین انصاف و صداقت الگوریتم‌ها در هوش مصنوعی و سیستم‌های مالی. رایانههای کلاسیک معمولاً قادر به تولید اعداد واقعاً تصادفی نیستند؛ آن‌ها عمدتاً به سخت‌افزارهای تولیدکننده اعداد تصادفی متکی‌اند، که در معرض مخاطرات دستکاری قرار داشته و تضمین ریاضی معتبری برای غیرقابل پیشبینی بودن ندارند. با این حال، در این آزمایش پیشگام، پژوهشگران روشی به نام «تصادفی بودن معتبر» را به کار بستند—روشی که به طور همزمان ثابت می‌کند نه تنها اعداد غیرقابل پیش‌بینی‌اند، بلکه برای اولین بار تولید و از نظر ریاضی به عنوان اعداد کاملاً تصادفی تأیید شده‌اند.
این پیشرفت می‌تواند زمینه‌ساز تحول در سامانههای داده‌ای امن و رمزنگاری شود و اعتماد و صحت در تولید و مبادله داده را به سطوحی بی‌سابقه برساند.
پشت پرده علمی این موفقیت
این نوآوری مبتنی بر پروتکلی است که نخستین بار توسط اسکات آرنسون، استاد برجسته علوم کامپیوتر در دانشگاه تگزاس در آستین، مطرح شد. با همکاری پژوهشگر فوق‌دکترا، شی-هان هانگ، این طرح از مرحله نظری وارد جهان عملی شد.
برای تحقق تصادفی بودن معتبر، پژوهشگران با استفاده از رایانه کوانتومی پیشرفته مدل H2-1 متعلق به Quantinuum، از راه دور و از روشی قوی به نام نمونهبرداری از مدارهای تصادفی (RCS) بهره گرفتند. این وظیفه محاسباتی چنان پیچیده است که حتی قدرتمندترین ابررایانه‌های کلاسیک فعلی نیز قادر به تقلید آن نیستند. در این آزمایش مراحل زیر طی شد:
مرحله اول: چالش کوانتومی
پژوهشگران، بر اساس یک بذر تصادفی کوچک، دنبالهای از مدارهای چالش را طراحی و آن‌ها را به رایانه کوانتومی ۵۶-کیوبیتی ارسال کردند. هر مدار، رایانه کوانتومی را مجبور می‌کرد تا نتیجه‌ای را به صورت کاملاً تصادفی از بین حالت‌های ممکن انتخاب کند.
مرحله دوم: تأیید کلاسیک
پژوهشگران با بهره‌گیری از توان پردازشی بی‌سابقه 1.1 اگزافلاپس (1.1 × 10¹⁸ عملیات اعشاری در ثانیه) که توسط چندین ابررایانه تأمین شد، توانستند معتبر بودن اعداد تصادفی را دقیقاً تأیید کنند. نتایج نشان داد که ۷۱٬۳۱۳ بیت تصادفی تولید شده به‌هیچ‌وجه در شرایط واقعی، قابل بازتولید با رایانههای کلاسیک نبودند.
ویژگیهای سامانه و مقایسه با نسل‌های پیشین
سیستم H2 شرکت Quantinuum که در ژوئن ۲۰۲۴ به ۵۶ کیوبیت ارتقاء یافته است، در مقایسه با نسل‌های قبلی از لحاظ اتصال‌دهی و دقت بهبود چشمگیری یافته است. هر کیوبیت در این سیستم می‌تواند مستقیماً با هر کیوبیت دیگر ارتباط برقرار کند و این ویژگی توانایی آن را در نمونهبرداری تصادفی به‌طور قابل توجهی افزایش داده است. این ارتقا سبب شد پیاده‌سازی پروتکل آرنسون نه تنها ممکن، بلکه بسیار کارآمد و عملی گردد و نسبت به سخت‌افزارهای قبلی جهشی اساسی محسوب میشود.
مزایا و کاربردهای عملی
- امنیت بی‌همتا: با تصادفی بودن معتبر، سطح امنیت در رمزنگاری بی‌سابقه شده و ریسک‌های مرتبط با تولیدکنندههای شبهتصادفی کلاسیک کاهش می‌یابد.
- حفظ حریم خصوصی ترکیبی: تراکنشهای دیجیتال و سامانههای هوش مصنوعی اکنون از میزان بالاتری از انصاف، امنیت و قابلیت سنجش مستقل بهره‌مند شده‌اند.
- مقاومت قوی در برابر دستکاری: برخلاف سامانههای کلاسیک، حتی اگر تلاش‌هایی برای دستکاری دستگاه کوانتومی صورت گیرد، سیستم همچنان سطح تصادفی بودن مورد نیاز برای تأیید را حفظ می‌کند.
مارکو پیستوی، رئیس تحقیقات فناوری کاربردی JPMorgan Chase، می‌گوید: «این دستاورد نشان‌دهنده حل یک مسئله واقعی توسط رایانش کوانتومی است؛ موضوعی که حتی ابررایانه‌های کلاسیک نسل امروز نیز از ایفای آن ناتوان‌اند.»
جایگاه این دستاورد در بازار رایانش کوانتومی
اکنون که مزایای عملی این دستاورد تحت شرایط واقعی اثبات شده است، این موفقیت خبر از نزدیک‌شدن رایانش کوانتومی به عرصه کاربردی و تجاری دارد. همان‌طور که دکتر راجیب حذرا، رئیس و مدیرعامل Quantinuum، اظهار می‌دارد: «ما جشن می‌گیریم که نقطه عطفی کلیدی رایانش کوانتومی را به حیطه راهکارهای عملی و قابل استفاده وارد کرده است.»
این پروژه همچنین از حمایت محاسباتی قدرتمندی که توسط آزمایشگاه‌های ملی وزارت انرژی ایالات متحده از جمله اوک ریج، آرگون و لارنس برکلی فراهم شد، بهره‌مند شد؛ عاملی که نقش مراکز ملی را در پیشبرد نوآوری‌های کوانتومی ایالات متحده برجسته می‌کند.
تأثیر تحول‌آفرین بر کاربردهای آینده
در حالی که برتری نظری سیستم‌های کوانتومی مدت‌هاست اثبات شده است، این آزمایش گامی اساسی به شمار می‌رود؛ چرا که اکنون رایانههای کوانتومی، در تولید اعداد تصادفی معتبر، سامانههای کلاسیک را پشت سر گذاشته‌اند و این به معنای ارزشی ملموس برای رمزنگاری، امنیت داده و فراتر از آن است. نتایج این موفقیت، اجماعی در جامعه فناوری را تقویت می‌کند: ما وارد عصری می‌شویم که در آن رایانههای کوانتومی راهکارهایی برای چالش‌هایی ارائه خواهند داد که تکنولوژی کلاسیک قادر به مقابله با آن‌ها نیست.
منبع: neowin
.avif)
نظرات